JP2008135532A - 放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期使用においても放熱性が良好に維持される放熱性能に優れた放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供する。
【解決手段】本発明の放熱部材Ａは、一方金属板２ａと、他方金属板２ｂと、これら金属板より大きい熱伝導率を有するとともに一方金属板２ａと他方金属板２ｂとの間に介在し、一方金属板２ａと他方金属板２ｂとに一部が埋入されるように活性金属ロウ材４を介して接合された無機粒子１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高出力の電子部品が作動時に発する熱を効率良く外部に放散させ得る放熱部材、この放熱部材を用いた熱放散性のよい電子部品用収納用パッケージおよび電子装置に関するものである。

従来の放熱部材の例を図１０の断面図に示す。従来の放熱部材として、平均粒径５０μｍ以上８００μｍ以下のダイヤモンド粒子101と銀，銅，アルミニウム，金等の１つ以上を主成分とする金属102から成るヒートシンク（以下、放熱部材という）がある（例えば、特許文献１参照）。

この放熱部材は、所定の放熱部材の治具となる枠にダイヤモンド粒子101を入れ、揺すりを加えることでダイヤモンド粒子101を敷き詰め、その後、放熱部材枠に粉末もしくはペースト状の金属102を流し込むことにより、ダイヤモンド粒子101が一層に並べられた状態のダイヤモンド粒子101と金属102を複合した複合材を形成する。そして、一層が完了後、この動作を繰り返すことによって、所定の厚みの積層体とする。その後、これを真空中で加熱することによって金属粉末を溶融させ、もしくはペースト状の金属を焼結させてダイヤモンド粒子101と金属102とを複合させた放熱部材が得られる。

この放熱部材においては、ダイヤモンド粒子101と金属102との密着性を強固にするために、チタン等の周期律表の４ａ〜７ａ族の金属を少量添加したり、ダイヤモンドに予め付着させたりしていた。
特開平９−312362号公報

しかしながら、ダイヤモンド粒子101間の金属粉末を溶融させ、またはペースト状の金属を焼結させて金属102とする際に、金属102中に空隙（ボイド）が生じてしまう場合があった。そして、ダイヤモンド粒子への熱伝導経路上にこの空隙が生成してしまうと、ダイヤモンド粒子間の熱伝導が阻害されてしまうという問題点が発生していた。

したがって、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期使用においても放熱性が良好に維持される放熱性能に優れた放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置を提供することにある。

本発明の放熱部材は、一方金属板と、該一方金属板表面に対向配置された他方金属板と、前記一方金属板および前記他方金属板の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有するとともに前記一方金属板と前記他方金属板との間に介在し、前記一方金属板と前記他方金属板とに一部が埋入されるように活性金属ロウ材を介して接合された無機粒子とを具備していることを特徴とする。

本発明の放熱部材は、前記一方金属板および前記他方金属板は、銀，銅またはアルミニウムから成ることを特徴とする。

本発明の放熱部材は、上記構成において好ましくは、前記無機粒子は、ダイヤモンド粒子および立方晶窒化硼素粒子の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

本発明の放熱部材は、上記構成において好ましくは、前記一方金属板および前記他方金属板の少なくとも一方は、表面と側面との間が面取りされていることを特徴とする。

本発明の放熱部材は、上記構成において好ましくは、前記ロウ材は、厚さが５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の放熱部材は、上記構成において好ましくは、前記無機粒子の間に、前記一方金属板および前記他方金属板を接続するように導電体が配置されていることを特徴とする。

本発明の放熱部材は、上記構成において好ましくは、上記本発明の放熱部材が、複数層積層されて成ることを特徴とする。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上記本発明の放熱部材と、配線導体を有し、前記放熱部材の表面外周部に取着された端子とを具備していることを特徴とする。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上記本発明電子部品収納用パッケージにおいて、前記放熱部材の側面に固定用部材が取着されていることを特徴とする。

本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品収納用パッケージと、前記端子が取着された放熱部材の表面中央部に設置され、前記配線導体に接続された電子部品と、この電子部品を覆うように設けられた封止樹脂または蓋体とを具備したことを特徴とする。

本発明の放熱部材は、一方金属板と、該一方金属板表面に対向配置された他方金属板と、前記一方金属板および前記他方金属板の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有するとともに前記一方金属板と前記他方金属板との間に介在し、前記一方金属板と前記他方金属板とに一部が埋入されるように活性金属ロウ材を介して接合された無機粒子とを具備していることから、放熱部材の表面に設置される電子部品が作動する際に発する熱は、一方金属板から他方金属板に熱伝導率の大きい無機粒子を介して良好に伝わり、電子部品を効率良く冷却することができる。さらに、主要な熱伝導経路となる部分には金属板が配置されることにより、熱伝導経路上に空隙が生成することがない。

また、本発明の放熱部材において、一方金属板および他方金属板は、銀，銅またはアルミニウムから成るのが良く、これら金属の熱伝導率は大きいことから、電子部品が作動時に発生する熱を無機粒子に良く伝え、または無機粒子から伝わった熱を外部へ良く伝えることができる。

また、本発明の放熱部材において、無機粒子は、ダイヤモンド粒子および立方晶窒化硼素粒子の少なくとも一方を含んでおれば良く、これら無機粒子は、非常に高い熱伝導率を有していることから、放熱部材の熱放散性が向上する。

また、本発明の放熱部材において、一方金属板および他方金属板の少なくとも一方は、表面と側面との間が面取りされているのが良く、金属板に電気めっきを施す際に、均一な厚みのめっき膜を形成することができる。

また、本発明の放熱部材は、ロウ材の厚さが５μｍ以上２５μｍ以下であるのが良く、これによって、無機粒子と一方金属板または他方金属板とを良好に接合するとともに熱伝達性を大きく損なうことがない。

また、本発明の放熱部材は、無機粒子の間に、一方金属板および他方金属板を接続するように導電体が配置されていても良く、一方金属板と他方金属板との間の電気抵抗を小さくできることから、放熱部材を電子部品に対する接地（グランド）として機能させることができる。

また、本発明の放熱部材は、上記本発明の放熱部材が、複数層積層されて成っても良く、積層方向と直交する方向に整列された無機粒子を整然と積み上げることができるので、積層後に一律な熱伝導性を有する放熱部材となる。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、上記本発明の放熱部材と、配線部材を有し、放熱部材の表面外周部に取着された端子とを具備していることから、発熱量の多い電子部品を収容するパッケージとして好適に使用できる。

また、本発明の電子部品収納用パッケージは、上記本発明の電子部品収納用パッケージにおいて、放熱部材の側面に固定用部材が取着されているのが良く、例えば外部基板にネジ止めする場合、固定用部材部分をネジ止めに用いることができる。これにより、電子部品収納用パッケージを固定するための機械的な力が放熱部材に直接加わらないようにすることができる。

また、本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品収納用パッケージと、端子が取着された放熱部材の表面中央部に設置され、配線導体に接続された電子部品と、この電子部品を覆うように設けられた封止樹脂または蓋体とを具備したことから、電子部品の温度上昇を抑制し、電子部品を非常に良好に作動させ得る電子装置となる。

本発明の放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置について以下に詳細に説明する。図１（ａ），図１（ｂ），図１（ｃ）は本発明の放熱部材の実施の形態の一例を示す断面図であり、図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）は本発明の放熱部材の実施の形態の他の例を示す断面図である。また、図３（ａ），図３（ｂ）は本発明の放熱部材の要部拡大断面図である。図４は本発明の放熱部材の端部の実施の形態の例を示す要部拡大断面図である。図５は図１（ｂ）に示す放熱部材を用いた電子部品収納用パッケージの一例を示す断面図であり、図６は図５に示す電子部品収納用パッケージを用いた電子装置の一例を示す断面図である。また、図７は本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の他の例を用いた電子装置（電子部品および蓋体を除いた状態）を外部基板に実装した場合の一例を示す斜視図であり、図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）は図７の電子部品収納用パッケージにおける各実施例として図７の断面Ｘ−Ｘ’を示す要部拡大断面図である。

これらの図において、１は無機粒子、２ａは一方金属板（以下、上側金属板ともいう）、２ｂは一方金属板の下側表面に対して上側表面が対向するように配置された他方金属板（以下、下側金属板ともいう）、３は無機粒子１の間に一方金属板２ａおよび他方金属板２ｂを接続するように配置された導電体、４は一方金属板２ａまたは他方金属板２ｂと無機粒子１との間に介在し、一方金属板２ａと他方金属板２ｂとに一部が埋入された無機粒子１を一方金属板２ａまたは他方金属板２ｂに接合するための活性金属が含まれたロウ材である。そして、これら無機粒子１、一方金属板２ａ、他方金属板２ｂ、およびロウ材４とで本発明の放熱部材Ａが構成される。

なお、ロウ材４の厚みは薄いものであるため、図１（ａ），図１（ｂ），図２（ａ），図２（ｂ）においてロウ材４の図示を省略している。また、表面とは上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂの表面のうちの広い面を意味し、図において上側に描かれている表面をそれぞれ上側表面、下側に描かれている表面をそれぞれ下側表面と称する。

また、Ａ１は放熱部材Ａの端子Ｂが取着された表面中央部において電子部品Ｃが搭載されて設置される搭載部、Ｂは信号入出力用の配線導体Ｂ１を有する端子であり、これら放熱部材Ａと端子Ｂとで電子部品Ｃを搭載部Ａ１に収納するための電子部品収納用パッケージが構成される。また、Ａ２は放熱部材Ａの下側金属板２ｂの下側表面であり、電子部品収納用パッケージを外部基板等に実装する際に、電子部品収納用パッケージが外部基板等に載置されることによって外部基板等表面に接触する載置面、Ｃは放熱部材Ａの搭載部Ａ１に設置され、電極が配線導体Ｂ１に接続された電子部品、Ｄは端子Ｂの上面に接合される蓋体であり、前述の電子部品収納用パッケージの搭載部Ａ１に電子部品Ｃを搭載後、配線導体Ｂ１と電子部品Ｃとをボンディングワイヤ等の電気接続部材により電気接続し、さらに、蓋体Ｄで電子部品Ｃを覆うように封止することにより電子装置が構成される。

そして、この電子装置は、外部電気回路基板やヒートシンク等の外部基板に載置面Ａ２を密着させて固定される。これによって、本発明の電子装置は、電子部品Ｃの作動時における発熱を放熱部材Ａを介して外部基板に良好に熱伝達させ、電子部品Ｃの温度上昇を抑制して電子部品Ｃの作動信頼性を良好なものとさせ得る。

本発明の放熱部材Ａは、図１（ａ）および本発明の放熱部材Ａ中の一個の無機粒子１周囲を拡大した要部拡大断面図３（ａ）に示すように、上側金属板２ａと、この上側金属板２ａ表面に対向配置され、下面が外部基板に載置される載置面Ａ２とされた下側金属板２ｂと、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有するとともにビッカース硬度が上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂよりも高く、上側金属板２ａと下側金属板２ｂとの間に介在して上側金属板２ａと下側金属板２ｂとに上部１ａおよび下部１ｂの一部が埋入されるようにロウ材４を介して接合された無機粒子１とを具備していることから、放熱部材Ａの表面に設置される電子部品Ｃが作動する際に発する熱は、上側金属板２ａから下側金属板２ｂに熱伝導率の大きい無機粒子１を介して良好に伝わる。そして、外部電気回路基板やヒートシンク等の外部基板に放熱することにより、電子部品Ｃを効率良く冷却することができる。

無機粒子１は、熱伝導率のよい物質から成り、たとえば、人工ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素等の非金属で単結晶性の粒子、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の熱伝導率のよい非金属の粒子から成る。または銀や銅等の熱伝導率のよい金属の粒子でもよい。

たとえば、無機粒子１は、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂよりも熱伝導率およびビッカース硬度が高い物質から成り、絶縁性または導電性の人工ダイヤモンド粒子および立方晶窒化硼素粒子の少なくとも一方を含んでいる。すなわち、無機粒子１には人工ダイヤモンド粒子のみ、立方晶窒化硼素粒子のみ、またはこれら粒子の混合物またはこれら粒子を主とする混合物が用いられる。これら粒子のうち、熱伝導性や硬度の高さの観点より、これら物性に優れた人工ダイヤモンドがより好ましく、またメッキにより金属膜４を容易に形成できる点を考慮すると、人工ダイヤモンドのなかでも硼素（Ｂ）や窒素（Ｎ）等がドープされた導電性を有するものが良い。無機粒子１の粒径は、例えば、メッシュの升目の大きさが６５０μｍおよび７５０μｍのメッシュに通すことにより所定範囲のものに調整する。

なお、無機粒子１は１個以上を用いる。無機粒子１としての人工ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素粒子の製造可能な最大径、および電子部品Ｃの発熱性や大きさを考慮した場合、実際には搭載部Ａ１の面方向に対してこれら無機粒子１を複数個配置させておくほうが良く、放熱面積を大きくすることにより熱伝達特性をさらに良好とできる。無機粒子１が複数個用いられる場合、無機粒子１は、下側金属板２ｂ上において整列機等を用いて密に整列可能であり、無機粒子１を搭載部Ａ１の面方向に対して複数個配置させた放熱部材Ａを容易に製造できる。

整列機による整列は、下側金属板２ａ上に無機粒子１を敷き詰めるように置いた後、下側金属板２ａを振動させることにより行なう。人工ダイヤモンド粒子および立方晶窒化硼素粒子は、不定形の多面体を有する結晶体であるが、このように整列させることにより、結晶体の一平面が下側金属板２ｂの表面にほぼ平行になるように整列される。そして、無機粒子１の一部が上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに埋入され、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂと無機粒子１とが面で接触することになる。

このように小粒の無機粒子１を搭載部Ａ１の面方向に対して複数個配置することにより、非常に高い発熱性を有する電子部品を搭載する場合や、大型の電子部品を搭載する場合に、放熱面積を容易に大きくすることができ、熱伝導特性の良好な放熱部材Ａとできる。

また、無機粒子１と上側金属板２ａとが接合される部位、および無機粒子１と下側金属板２ｂとが接合される部位のロウ材４は、熱伝導性が良好で活性金属を添加したものを用いる。活性金属が含まれたロウ材４は、例えば、銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ロウにチタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），ハフニウム（Ｈｆ）等の活性金属のいずれかを少量（１〜２０質量％）添加したものであり、無機粒子１との接合性が非常に強固になる。例えば、無機粒子１が人工ダイヤモンドの場合は、人工ダイヤモンドの周囲に活性金属との炭化物が生成されるとともに、この炭化物の周囲にＡｇ−Ｃｕロウを強固に接合させることができる。無機粒子１が立方晶窒化硼素の場合は、立方晶窒化硼素の周囲に活性金属との窒化物が生成されるとともに、この窒化物の周囲にＡｇ−Ｃｕロウを強固に接合させることができる。

しかも、ロウ材４は、比較的柔らかい金属であるため、無機粒子１に対する外部からの衝撃等に対する緩衝効果を有する。また、電気伝導性が良いことから、ロウ材４によって無機粒子１の表面を覆うようにしておくと、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂを電気的に接続する機能を果たさせることができる。また、ロウ材４を無機粒子１の間を埋める導電体３と兼ねて用いてもよい。

ロウ材４の接合後の厚さは５μｍ以上２５μｍ以下であるのが良い。ロウ材４の厚さ（ロウ材４と炭化物や窒化物との合計厚さ）が５μｍ未満になると、ロウ材４による熱応力緩衝効果が十分でないため、電子部品Ｃの発生熱による熱応力により、硬質な炭化物や窒化物にクラックが入りやすくなる。そして、経時変化に伴い、上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂと無機粒子１とが剥離する場合があり、電子部品Ｃの発生熱を外部基板に良好に伝達し難くなる。一方、２５μｍを超えると、ロウ材４の熱伝導率は、無機粒子１に比し約３００Ｗ／ｍＫ程度と低いため、上側金属板２ａや下側金属板２ｂと無機粒子１との間の熱遮断媒体となってしまう場合がある。したがって、ロウ材４の厚さは５μｍ以上２５μｍ以下が良い。

なお、このロウ材４を、図１（ｂ），図２（ｂ），図３（ｂ）に示す如き導電体３として用いる場合に、導電体３中にある程度のボイドがあっても特に問題は無い。すなわち、上側金属板２ａ、無機粒子１、下側金属板２ｂを介して外部基板に伝わる熱経路が支配的であるため、導電体３としてのロウ材５中のボイドは問題とならない。また、導電体３は、外部からの衝撃等に対する無機粒子１の保持部材としても機能する。さらには、電子部品収納用パッケージや電子装置において、電子部品を収容する部位（所謂、キャビティ）の気密性検査を行なう際に用いられるヘリウムリーク試験を実施する際に、放熱部材Ａの無機粒子１同士の間の空間に残留したヘリウムが検出されてしまうという、所謂、擬似リークが生じるのを防止する機能をも有する。

なお、導電体３は、導電性であればよく、例えば、銀粒子をエポキシ樹脂中に分散した銀エポキシ等の導電性樹脂を用いても良い。さらに、無機粒子１の表面に被着させたロウ材４によって上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの間の電気的導通が十分得られる場合は、導電性の無い樹脂を導電体３の代わりに用いてもよい。

上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂは熱伝導率が高く、且つ柔軟な金属が良く、銅，銀またはアルミニウムが用いられる。熱伝導率の点で、純度９９％以上の純銀，純銅，純アルミニウムを用いるのがよい。上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂは、例えば、純銅のインゴットに圧延加工を施して厚さ約０．１ｍｍの板状体を形成し、さらにプレスによる打ち抜き加工やワイヤ放電加工等の金属加工を施すことによって所定の平面視形状に形成した銅板等に加工して用いる。

銅，銀，アルミニウム金属は、非常に柔らかいため、無機粒子１（無機粒子１の上部１ａおよび下部１ｂ）をホットプレス等を用いて上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂと圧接することにより、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに埋入させることが容易である。無機粒子１は、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに埋め込まれた状態となるため、無機粒子１よりも熱伝導率が低い上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの厚みが無機粒子１が埋入されている部分で薄くなり、熱が無機粒子１に伝わり易くなる。

上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂは、電子部品Ｃの搭載や外部基板への載置としての機能以外に、無機粒子１を固定するための支持基板としての機能も有している。また、無機粒子１はその上部１ａおよび下部１ｂが、上側金属板２ａや下側金属板２ｂに埋め込まれた状態でロウ材４を介して接合されるため、上側金属板２ａや下側金属板２ｂへの粒子の接合強度は非常に高い。

無機粒子１が上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂに埋め込まれた状態であるため、上側金属板２ａの下面と無機粒子１の上部１ａ、および下側金属板２ｂの上面と無機粒子１の下部１ｂとの接触面積が広くなり、これら上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂと無機粒子１との間の熱伝達性に優れたものとなる。また、無機粒子１は上側金属板２ａや下側金属板２ｂにロウ材４を介して強固に接合されるため、ロウ付け工程等の加工時や電子部品Ｃの作動時の熱が繰り返し加わっても、無機粒子１と上側金属板２ａや下側金属板２ｂとの密着が不十分となり、熱伝達を損なわせるようなことは無い。そして、本発明の放熱部材Ａは、電子部品Ｃからの熱を上側金属板２ａや下側金属板２ｂの熱伝導率よりも熱伝導率のよい無機粒子１の熱伝導特性によって、効率良く外部基板へ伝え得るものとできる。

なお、上側金属板２ａの上側表面または下側表面と側面（上側表面または下側表面と隣接する面）との間の角部および下側金属板２ｂの上側表面または下側表面と側面（上側表面または下側表面と隣接する面）との間の角部の少なくともいずれかに面取りを施しておくとよい。すなわち、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの端部２ａｂの少なくとも一部、特に上側金属板２ａの上面側端部２ａｂおよび下側金属板２ｂの下面側端部２ａｂには、図４に示すように、断面が曲面状または傾斜面状となる面取りを施しておくのが良い。これによって、放熱部材Ａ表面に電気めっきを施す際に、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの端部２ａｂにも均一な厚みのめっきを施すことができる。また、上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂの鋭角なエッジで放熱部材Ａを扱う作業者が切り傷等のケガをすることを防止できる。

このような面取りは、上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂの端部２ａｂの角を切削または研磨する他に、打ち抜き加工を施す際の打ち抜き方向によって形成してもよい。

図９は、本発明の放熱部材Ａの製造方法を概略的に説明する説明図である。以下、図９を用いて、本発明の放熱部材Ａの製造方法を説明する。

本発明の放熱部材Ａは、台板の上に下側金属板２ｂ，ロウ材４の薄板，無機粒子１，ロウ材４の薄板，上側金属板２ａの順に載置し、ロウ材４が溶融され、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂが溶融されないように温度を調整しつつ加圧する熱間一軸加圧法（以下、ホットプレスという）によって作製できる。例えば、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに銅板を用い、ＢＡｇ−８等の銀−銅ロウ材にチタンを３％添加した活性金属ロウ材４を重ねてホットプレスする。

ロウ材４の量を少なく調整することにより、図１（ａ）または図３（ａ）に示すように上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂと無機粒子１との間、および無機粒子１の側面の上側金属板２ａから下側金属板２ｂにかけて上側金属板２ａから下側金属板２ｂを接続するようにロウ材４層が形成される。また、図１（ｂ）または図２（ｂ）に示す本発明の放熱部材Ａの一個の無機粒子１周囲を拡大した断面を示す図３（ｂ）のように、ロウ材４の量を多く調整し、または無機粒子１の間にロウ材４の粉末を混ぜておいて、余分なロウ材４を無機粒子１同士の間の空間を埋めるように流して、導電体３となるように作製される。

そして、上側金属板２ａと下側金属板２ｂとに加えられる圧力によって、無機粒子１はロウ材４の薄い膜を介して、その上部１ａが上側金属板２ａに、その下部１ｂが下側金属板２ｂに埋入されるようにして接合される。無機粒子１の上部１ａおよび下部１ｂのロウ材４層は圧力が加えられて薄く形成されるので、ボイド等が入りにくい。さらに上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂには、金属板を用いるので、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂ内にもボイド等が入りにくい。

なお、無機粒子１同士の側面の間の図３（ａ）の如く作製された空間に、ロウ材４に加えて、別途、導電体３としての銀エポキシ等の導電性樹脂を注入しても良い。また、ホットプレスを真空雰囲気で行なうと、上側金属板２ａ，下側金属板２ｂ，ロウ材４としての銀−銅ロウ材等が酸化することを避けることができ、接合性や熱伝達特性を良好に維持することができる。

また、上側金属板２ａの上側表面とロウ材４との間隔、および下側金属板２ｂの下側表面とロウ材４との間隔は狭いほど、すなわち無機粒子１直上の上側金属板２ａおよび無機粒子１直下の下側金属板２ｂの厚みが薄いほど、電子部品Ｃが発生する熱を無機粒子１に速やかに伝えることができ、無機粒子１の熱伝導特性を有効に活用することができる。無機粒子１を埋入させることによる上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの厚みは、ホットプレスにおける加圧力を適宜調整することにより、最小厚みが１５μｍとなるように設定するとよい。１５μｍより薄くすると、ロウ材５が上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂに拡散することによって、白色の染みが上側金属板２ａまたは下側金属板２ｂ表面に透けるように現われて、外観上の問題を生じる場合がある。

また、上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂを厚いものとし、圧力および温度条件を調整してホットプレスを行なうことにより、図１（ｃ）に示すように、無機粒子１の上部１ａおよび下部１ｂにおいて無機粒子１のほとんどが上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに埋入された放熱部材Ａを得ることもできる。

なお、電子部品Ｃを金−錫合金や金−ゲルマニウム合金等の半田で搭載部Ａ１に接合させる場合には、少なくとも上側金属板２ａ上面にニッケルメッキおよび金メッキを施しておくとよい。

そして、粒径６５０μｍ〜７５０μｍの人工ダイヤモンド粒子を無機粒子１として用い、その表面に厚み２０μｍのロウ材４（ＢＡｇ−８）を介して板厚０．１ｍｍの銅から成る上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂとに接合させ、無機粒子１が埋入されている部分における上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂの板厚が１５μｍ以上となるように埋入された放熱部材Ａを作製すれば、熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫ以上の本発明の放熱部材Ａを得ることもできる。すなわち、上側金属板２ａや下側金属板２ｂの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する放熱部材Ａとすることができる。

さらには、放熱部材Ａは、図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）に示すように、搭載部Ａ１の面方向に対して垂直方向に複数積層することも可能である。図２（ａ），図２（ｂ）においては、各２層に積層した例を示すが、さらに多層にすることもできる。

大型化において多数の無機粒子１同士を直接垂直方向に積み重ねる方法も考えられるが、無機粒子１は異形状であるため整然と配置して積み重ねることが困難である。また、積層できたとしても無機粒子１が異形状であることから、無機粒子１同士の方向を揃えることは容易でなく、無機粒子１同士が点接触の如く非常に小さな面積で接触したものとなってしまい、粒子間の熱伝達を良好なものにするのは容易ではない。無機粒子１を研磨等により形状の整った角柱状、円柱状等にし、それら無機粒子１同士を整然と積み重ねる方法は、研磨および積み重ね作業に多大な時間とコストを費やすため現実的では無い。これに対し、本発明の放熱部材Ａを積み重ねる方法によれば、無機粒子１同士を垂直方向により整然と積み重ねたものとすることができる。

放熱部材Ａ同士の積層は、例えば、一方放熱部材Ａの上側金属板２ａ表面に他方放熱部材Ａの下側金属板２ｂをロウ付け等によって接合することによって行なえばよい。また、一方放熱部材Ａの上側金属板２ａと他方放熱部材Ａの下側金属板２ｂとを共用の一枚の金属板としてしまい、これをホットプレスすることによって多層の放熱部材Ａとしてもよい。但し、一枚の共用金属板としてしまうと、共用金属板の上下に配置される無機粒子１の位置によって、無機粒子１と共用金属板との間に圧力が加わり難く、無機粒子１を共用金属板に埋入させにくい場合がある。

また、図２（ｃ）に示すように、一方放熱部材Ａの上側金属板２ａと他方放熱部材Ａの下側金属板２ｂとの間に、板厚２０μｍ程度のモリブデン（Ｍｏ）板６を介してロウ付けすると、積層された放熱部材Ａの面方向の熱膨張係数が銅，銀，アルミニウム等の熱膨張係数よりも小さなものとなり、電子部品Ｃの熱膨張係数と適合性のよい放熱部材Ａとすることができる。

次に、本発明の電子部品収納用パッケージは、図５に示すように、本発明の放熱部材Ａと、載置部Ａ１を有する上面にロウ付け等により取着され、電子部品Ｃの電極と接続される信号入出力用の配線導体Ｂ１を有する端子Ｂとを具備したものである。放熱部材Ａの熱膨張係数は無機粒子１の大きさや数および上側金属板２ａや下側金属板２ｂの大きさや厚さに大きく起因する。無機粒子１の熱膨張係数は上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂよりも小さいので、これらを組み合わせて用いることにより、放熱部材Ａと端子Ｂとの熱膨張係数をほぼマッチングさせることが可能である。したがって電子部品収納用パッケージの製造後における残留熱応力も小さくなり、発熱量の多い電子部品Ｃによって、電子部品収納用パッケージに大きな熱応力が印加されるような電子部品Ｃを搭載することが可能となる。

また、端子Ｂは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスの表面に信号入出力用のメタライズ層から成る配線導体Ｂ１が形成されるとともに、この配線導体Ｂ１の電子部品収納用パッケージ外側表面に外部電気回路基板（図示せず）との電気接続用のリード端子が接合される。そして、半田，樹脂，ロウ材，ガラス等を介して放熱部材Ａの上面に搭載部Ａ１を取り囲んで取着される。

端子Ｂは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合であれば、Ａｌ_２Ｏ_３，酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を混合添加して泥漿状となすとともに、これからドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後に、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，パラジウム（Ｐｄ）等の金属材料粉末に適当な有機バインダ，溶剤を混合して成る導電性ペーストをグリーンシートに予めスクリーン印刷法等により所定の配線導体Ｂ１のパターンに印刷塗布した後に、このグリーンシートを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによって作製される。

さらに、配線導体Ｂ１の露出する表面にＮｉ，Ａｕ等の耐食性に優れ、且つボンディングワイヤ等の電気接続手段のボンディング性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法によって被着させておくと、配線導体Ｂ１の酸化腐食を有効に防止可能であるとともに配線導体Ｂ１への電気接続手段の接合力を強固とできる。

次に、図６に示すように、本発明の電子部品収納用パッケージの搭載部Ａ１に電子部品Ｃが半田，樹脂，ロウ材，ガラス等の接着材を介して搭載される。電子部品Ｃとして、半導体素子，圧電振動子，チップコンデンサ，トランジスタ，発光素子等各種の電子部品Ｃを搭載することができる。特に、大電力用電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に代表されるような発熱量が大きな電子部品Ｃが放熱部材Ａの搭載部Ａ１に搭載された場合にも、電子部品Ｃから発生する熱を効率良く電子部品収納用パッケージ外へ放散させることができる。そして、搭載部Ａ１に接着材を介して電子部品Ｃを搭載した後、電子部品Ｃの電極と端子Ｂの配線導体Ｂ１とをボンディングワイヤ等の電気接続手段により電気接続し、さらに封止樹脂によって、所謂、ポッティングしたり、端子Ｂ上面を蓋体Ｄにて気密封止したりすることにより本発明の電子装置が作製される。

なお、本発明の放熱部材Ａは、ダイヤモンド粒子のような無機粒子１と金属板２ａ，２ｂとを接合した複合体であるため、曲げ応力や圧縮応力等が加わらない方が好ましい。したがって、放熱部材Ａを外部基板にネジ等によって固定する際には、図７および切断面Ｘ−Ｘ’における放熱部材Ａの端部拡大断面図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）に示すように、放熱部材Ａの側面にネジ止め用の固定用部材５を接合させておくほうが良い。このように放熱部材Ａをネジによって外部基板に密着するように固定することにより、載置面Ａ２を外部基板の表面に接合材等を介することなく密着させることができ、放熱部材Ａと外部基板との間の熱伝達性を向上させることができる。なお、図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）において、ネジ孔５ａ内のネジおよび外部基板は図示していない。

固定用部材５は、金属や樹脂等の柔軟な材料から成り、例えば、金属であれば、銀，銅，鉄（Ｆｅ）−ニッケル合金，鉄−ニッケル−コバルト（Ｃｏ）合金等が挙げられる。また樹脂であれば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等が挙げられる。図８（ａ）に示すように、固定用部材５が上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに直接密着して接合される場合には、特に鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金のように放熱部材Ａの熱膨張係数に近似したものが良い。また、図８（ｃ）に示すように、導電体３を介して上側金属板２ａおよび下側金属板２ｂに接合しても良く、図８（ａ）の場合と同様、特に鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金のように放熱部材Ａの熱膨張係数に近似したものが良い。また、図８（ｃ）に示すように、上側金属板２ａの端部２ａｂ（少なくとも上面側の端部２ａｂ）、下側金属板２ｂの端部２ａｂ（少なくとも下面側の端部２ａｂ）、および固定用部材５の放熱部材Ａ側の端部５ｂの少なくともいずれかが曲面状または傾斜面状（Ｃカット面状）の面取り面を有するほうが良く、面取り面により固定用部材５と上側および下側金属板２ａ，２ｂとを接合材７のメニスカスによって非常に強固に接合することができる。なお、図８（ｃ）においてロウ材７の厚さは強調して厚く描かれている。

かくして、電子部品Ｃの作動時における発熱量が非常に多い場合であっても、電子部品Ｃを適正な動作温度に保ち、正常且つ信頼性良く作動させ得る電子装置とできる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、放熱部材Ａの上面の搭載部Ａ１にディスクリートな電子部品Ｃの代わりに、セラミックス製の回路基板が搭載され、この回路基板に電子部品Ｃが搭載されていてもよい。

また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。

（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の放熱部材の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の放熱部材の実施の形態の他の例を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図１（ａ），（ｂ）の要部拡大断面図である。 本発明の放熱部材の端部の例を拡大して示す要部拡大断面図である。 本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の電子部品収納用パッケージの他の例を用いた電子装置が外部基板に実装される例を示す斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は図７の電子部品収納用パッケージの断面Ｘ−Ｘ’の各例を示す要部拡大断面図である。 本発明の放熱部材の製造方法を説明する概略図である。 従来の放熱部材の例を示す断面図である。

符号の説明

１：無機粒子
１ａ：（無機粒子１の）上部
１ｂ：（無機粒子１の）下部
２ａ：一方金属板（上側金属板）
２ｂ：他方金属板（下側金属板）
２ａｂ：端部
３：導電体
４：ロウ材
５：固定用部材
Ａ：放熱部材
Ａ１：搭載部
Ａ２：載置面
Ｂ：端子
Ｂ１：配線導体
Ｃ：電子部品
Ｄ：蓋体

Claims (10)

1. 一方金属板と、該一方金属板表面に対向配置された他方金属板と、前記一方金属板および前記他方金属板の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有するとともに、前記一方金属板と前記他方金属板との間に介在し、前記一方金属板と前記他方金属板とに一部が埋入されるように活性金属ロウ材を介して接合された無機粒子とを具備していることを特徴とする放熱部材。
2. 前記一方金属板および前記他方金属板は、銀，銅またはアルミニウムから成ることを特徴とする請求項１記載の放熱部材。
3. 前記無機粒子は、ダイヤモンド粒子および立方晶窒化硼素粒子の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放熱部材。
4. 前記一方金属板および前記他方金属板の少なくとも一方は、表面と側面との間が面取りされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放熱部材。
5. 前記ロウ材は、厚さが５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放熱部材。
6. 前記無機粒子の間に、前記一方金属板および前記他方金属板を接続するように導電体が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放熱部材。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の放熱部材が複数積層されて成ることを特徴とする放熱部材。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の放熱部材と、配線導体を有し、前記放熱部材の表面外周部に取着された端子とを具備していることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
9. 請求項８記載の電子部品収納用パッケージにおいて、前記放熱部材の側面に固定用部材が取着されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
10. 請求項８または請求項９記載の電子部品収納用パッケージと、前記端子が取着された前記放熱部材の表面中央部に設置され、前記配線導体に接続された電子部品と、該電子部品を覆うように設けられた封止樹脂または蓋体とを具備したことを特徴とする電子装置。

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